20.05.22: I 2019 fikk vi for aller første gang et bilde av et sort hull – et superhull i en galakse 55 millioner år lysår unna. Men hvordan ser superhullet i sentrum av vår egen galakse Melkeveien ut? Takket være en formidabel innsats gjennom flere år av 300 forskere fra 80 institusjoner, observatorier over hele kloden, helt nye metoder samt enorm datakraft, fikk vi 12. mai det første, historiske bildet av Melkeveiens dramatiske og spektakulære hjerte 27 000 lysår unna!
av Knut Jørgen Røed Ødegaard
Dette er det første bildet noen gang av Sagittarius A* (Sgr A*), det superstore sorte hullet i sentrum av Melkeveien. Samtidig er dette det første direkte, synlige beviset på at det virkelig finnes et sort hull der inne. Bildet ble tatt med Event Horizon Telescope (EHT), som benytter samtidige observasjoner fra åtte radioobservatorier rundt på kloden og knytter disse sammen for å danne et virtuelt teleskop på størrelse med Jorden.
Foto: EHT Collaboration
I 2019 kunne det store internasjonale forskningssamarbeidet Event Horizon Telescope (EHT) presentere det første bildet av et sort hull, eller rettere; skyggen av hullet. Teleskopet er oppkalt etter eventhorisonten – hullets overflate. Ingenting, ikke en gang lys, kan unnslippe fra områder innenfor denne grensen.
I april 2017 gjennomførte EHT en intens og koordinert observasjonskampanje av det superstore sorte hullet i sentrum av Melkeveien, samt superhullet i kjempegalaksen M87 som befinner seg 55 millioner lysår og utgjør kjernen i den store galaksehopen Virgohopen. Siden superhullet i M87 har masse tilsvarende 6,5 milliarder soler mot «kun» 4 millioner i Sgr A*, er M87-hullet, tross den store avstanden, langt større og lettere å observere, og det krevde derfor langt mer tid og ressurser å lage bildet av Sgr A*.
Bildet viser Melkeveien og ESOs ALMA-anlegg i Chile som ble brukt i observasjonskampanjen. Den tette klumpen midt i melkeveibåndet er kjernen til vår galakse, og helt inne i midten befinner Sgr A* seg (innfelt).
Foto: ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org), EHT Collaboration
Etterlengtet resultat på storstilte pressekonferanser
Det svært etterlengtede resultatet ble presentert på ettermiddagen 12. mai på flere store og parallelle pressekonferanser rundt om i verden, bl.a. hos ESO (European Southern Observatory) i München, Tyskland.
Selv om sorte hull er umulig å observere siden de pr. definisjon ikke sender ut stråling (med unntak av såkalt Hawking-stråling som er fullstendig ubetydelig i disse og de aller fleste andre tilfeller), observerer forskerne ringen av glødende gass som farer rundt selve hullet (det sorte i midten) som vi ser som skyggen av hullet! Lyset som er observert fra omgivelsene har blitt påvirket, bøyd og forvrengt av de ekstreme tyngdekreftene fra hullet.
De spektakulære og unike bildene og observasjonene bekrefter forbløffende bra hullets antatte masse på 4 millioner solmasser. Formen og utseende er nesten identisk med 2019-bildet av superhullet i M87. Hullet ses nesten rett fra siden og derfor på en perfekt måte fra vår posisjon i kosmos!
Dette er overraskende siden forskerne hadde forventet at virvelskiven skulle fulgt Melkeveiskiven og at hullets poler skulle pekt ut av Melkeveien i samme retning som tidligere observerte gasstråler fra superhullet. Årsakene til avviket vil bli undersøkt i videre forskning på objektet
De to sorte hullene ser forbløffende like ut, til tross for at hullet i M87 er mer enn 1000 ganger større i størrelse og masse enn hullet i Melkeveien. Selv om det er snakk om to helt ulike galakser (M87 er en gigantisk elliptisk galakse mens Melkeveien er en spiralgalakse) og med sorte hull av svært ulik størrelse, er de aller nærmeste omgivelsene (som beskrives av generell relativitetsteori), svært like.
Forskerne er overbegeistret over de fantastiske observasjonene som både gir unik innsikt i hva som skjer i Melkeveiens aller innerste kjerne og om hvordan slike sorte hull vekselvirker med omgivelsene. De omfattende forskningsresultatene presenteres i en rekke artikler i en spesialutgave av forskningstidsskriftet Astrophysical Journal Letters.
Denne fantastiske filmen zoomer inn på superhullet I kjernen av Melkeveien!
Foto: ESO/L. Calçada, N. Risinger (skysurvey.org), DSS, VISTA, VVV Survey/D. Minniti DSS, Nogueras-Lara et al., Schoedel, NACO, GRAVITY Collaboration, EHT Collaboration (Music: Azul Cobalto)
Som en smultring på Månen
Vi befinner oss omtrent 27 000 lysår unna Sgr A*, og objektet har for oss derfor samme utstrekning på himmelen som en smultring på Månen. For å klare å ta et bilde, var det derfor nødvendig å knytte sammen observasjoner gjort med åtte radioobservatorier rundt på kloden for å lage et virtuelt teleskop på størrelse med Jorden. I 2017 observerte EHT-prosjektet Sgr A* gjennom flere netter og samlet hver gang data i mange timer for å oppnå samme virkning som en langtidseksponering med et kamera (se også her om eksponeringstid med astronomiske kamera). EHT-observasjonene ble samkjørt gjennom en 5-årig innsats ved hjelp av en superdatamaskin i Bonn, Tyskland.
Det aller første bildet av et sort hull ble offentliggjort i 2019. Superhullet befinner seg i sentrum av kjempegalaksen M87, 55 millioner lysår fra Jorden. Sett fra Jorden er diameteren på ringen like liten som lengden på et kredittkort på Månens overflate.
Foto: EHT Collaboration
Urolig hjerte
Mens M87 var et lettere og roligere mål der nesten alle bildene var like, var ikke det tilfelle for Sgr A*. Bildet som presenteres av superhullet i Sgr A* er et gjennomsnitt av ulike bilder som forskergruppene hentet ut for å avsløre monsteret i sentrum av Melkeveien.
Sammenligning av størrelsene til superhullene i M87 (stort bilde/venstre) og Melkeveien (lite bilde/høyre). Banene til Pluto og Merkur er vist for sammenligning og demonstrerer den enorme størrelsen på superhullet i M87.
Foto/montasje: EHT collaboration (acknowledgment: Lia Medeiros, xkcd)
Gassen innerst mot de sorte hullene beveger seg med samme hastighet – nesten så hurtig som lyset. Men superhullet i M87 (kalt M87*) er så enormt at gass, tross denne hastigheten, bruker fra dager til uker på å sirkle rundt hullet, mens dette bare tar noen minutter rundt det mye mindre Sgr A*. Det betyr at variasjoner i lysstyrke og strukturer i gassen rundt Sgr A* endret seg hurtig mens EHT-samarbeidet gjennomførte observasjonene. Å ta skarpe bilder er da like utfordrende som å ta bilder av en hundevalp som logrer raskt med halen.
Forskerne måtte utvikle avanserte hjelpemidler for å ta hensyn til de hurtige bevegelsene rundt Sgr A*, men likevel viste de enkelte bildene store forskjeller.
Toppbildet ble til ved å lage et gjennomsnitt over tusenvis av enkeltbilder. Men på enkeltbilder kan vi se hvordan ulike trekk i gass-skiven rundt Sgr A* farer rundt det sorte hullet og stadig endrer utseendet.
Bildene kan fordeles på fire grupper basert på egenskaper. Småbildene viser et gjennomsnittlig, representativt bilde for hver av disse gruppene. Tre av bildene viser en sirkulær struktur, men med ulik fordeling av lysstyrke rundt det sorte hullet. På det fjerde bildet er ikke ringstrukturen så tydelig. Flere tusen enkeltbilder falt inn i hver av de tre første kategoriene, mens den fjerde kategorien kun inneholder noen hundre bilder.
Foto: EHT Collaboration
EHT-samarbeidet fortsetter, og en ny, stor observasjonskampanje i mars 2022 inkluderte flere teleskoper enn noen gang. Utvidelsen av nettverket og tekniske oppgraderinger vil gjøre det mulig å oppnå enda mer imponerende bilder og snart også filmer av de sorte hullene.
Posisjonen til noen av teleskopene som utgjør EHT, samt grunnlinjene mellom teleskopene som benyttes for å sette bildene tatt med enkeltteleskopene sammen til ett bilde.
Illustrasjon: ESO/L. Calçada
Kunstnerisk fremstilling av oppbygningen til et roterende, supertungt sort hull. Hullet er omgitt av en virvlende skive av materiale fra en sollignende stjerne som har blitt revet i filler av tidevannskreftene fra hullet.
Illustrasjon: ESO
Hvordan sorte hull dannes
Akkurat da den historiske pressekonferansen fant sted, diskuterte forskere på en stor, internasjonal konferanse i Irland hvordan nettopp slike sorte hull oppstår. Den mest aktuelle teorien er at stjerner med superstor masse eksisterte en kort periode noen hundre millioner år etter Big Bang, for så å kollapse og danne «frø» som siden vokste seg til superstore sorte hull. Les mer om det her.
Kunstnerisk fremstilling av det fjerneste supertunge sorte hullet som noen gang er observert. Dette sorte hullet er en del av en kvasar som fantes bare 690 millioner år etter Big Bang. Den beste forklaringen på dannelsen av så enorme sorte hull svært kort tid etter Big Bang er at super-masserike stjerner kollapset og dannet «frø».
Illustrasjon: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science
Film om hvordan forskerne klarer å ta bilder av de superstore sorte hullene i Melkeveien og galaksen M87
Film. ESO
Klikk på “Liker” og få melding når nye saker legges ut!
Forsiden
